第36章 大海的“呼吸”——潮汐

大海中的海水有潮涨潮落，每天都按时涨落起伏变化。古时，人们把白天的涨落称为“潮”，夜间的涨落叫做“汐”，合起来叫做“潮汐”。潮汐现象使海面有规律的起伏，就像人们呼吸一样。

潮水为什么日以继夜、周而复始地运动着，是什么力量促使海水发生如此有规律的升降、涨落？我国古代不少科学家，经过长期观测，已经发现海洋潮汐现象与月亮的阴晴圆缺有密切的关系。潮汐是海水受太阳、月亮的引力作用而形成的。根据万有引力定律，两个物体之间都存在着相互吸引力，引力的大小与它们物体的质量乘积成正比，而与它们之间的距离的平方成反比。两个物体的质量越大，彼此的引力就越大，两个物体间距离越远，则引力越小。

众所周知，地球绕太阳一周的时间是一年，月亮绕地球一周为一个月。以地球与月亮为例，它们之间，彼此都有吸引力，如果它们都静止不动，就会使它们碰撞；但是因为它们处于不停地转动中，又会产生与引力方向相反的离心力，而且两个力的大小相等，因此处于平衡状态。可是，地球表面每个地方受月亮的引力大小并不一样。有的地方，引力大于离心力，有的地方小于离心力，它们的两个力之间差值，就是产生潮汐现象的引潮力。

地球上各地的引潮力，随地、月之间的距离远近而变化，加上地球也不停的自转，随时变化着，从而各地在不同时间，有着各种不同大小的潮汐涨落。

潮汐涨落有规律地按太阳周期时刻变化着，而人类活动按照太阳周期获得电力的价值取决于一天之中需求的时间，为了适应这些获得最大限度的电能或者最大限度的经济收益，第一座具有商业规模的现代潮汐电站建在法国朗斯河口，1966年第一台机组投入运行，1967年底全部机组投产，它是世界迄今利用潮汐能或海洋能发电规模最大的电站。

该站址潮差最大13.4米，平均8米，单库面积最高海平面时为22平方千米，平均海平面时为12平方千米，大坝总长度750米，装机24台，每台1万千瓦，共24万千瓦。设备以最大功率和正常效率运行时年平均发电量5.44×108千瓦时，装机容量的大小是经过经济分析后做取舍的。

朗斯电站采用六种工况运动，即：正向发电、反向发电、正向排水、反向排水、正向泵水、反向泵水。这六种工况多循环的最优结合，是十分复杂的。朗斯电站可以按供电价格多少随时间不同择优运行，发电较小时由火电厂补充。它制定数学模型，编制运行程序并利用计算机自动运行和做多种分析。

半个多世纪以来，虽然建成的潮汐电站为数不多，但是对有潜力的站址进行研究规划和设计的方案是很多的。其中花工夫最多的有美国、加拿大关于芬地湾内诸港湾和英国关于赛汶河口的潮汐电站方案，近年报道在进行规划设计的还有俄罗斯的白令海美晋湾和卢姆博夫卡湾、鄂霍次克海的品仁纳湾、英国斯特伦福特、韩国的加露林湾、印度的库奇湾等。1978年加拿大大坝委员会的报告、1982年在加拿大召开的“潮汐动力新方法”国际学术会议以及其他的一些文献提出了各种潮汐发电研究的新见解和成就。

在潮汐电站总体设计上，近年有主张采用单库方案，而且认为单向发电结合利用电网火电站和抽水储能等的容量是可取的。这种系统可以把水轮机和相应结构简化，坝后水库水面积在高水位和海平台之间变动，水位变化小，水深增加，有利于航运和环境。

在机组上，新提出采用尾水闸门启动，停机的固定桨叶和导叶水轮发电机变速发电，发出的电的频率是变化的，先整流变成直流电向外输，在用电时再逆变为交流电。早期的研究表明可以增加发电量。

在水工上，除成熟的钢筋混凝土沉箱外，新提出在窄狭海湾采用钢制沉箱这样可以同时在几个船坞上建造，不需特殊的建设场地，机组安装容易，沉箱吃水深度浅，可以较早截流，较早发电，修理工作简单等。此外，俄罗斯研究连续爆破，把岩石排成坝状后用混凝土加固的筑坝技术，据称可大大消减建设费用。在坝的建筑方式上还提出橡胶坝。

潮汐发电除了大型电站技术之外还出现开发低水头的小型和简化的潮汐和潮流装置的研究。1982年加拿大已在河流里试验了一种立式直叶片水车。类似的垂直抽水车，在英、日等国也有研究和试验的实例。据报道，英国近年还研究两种新颖的低水位装置，利用上下流闸门的开闭产生高压水发电。这些装置效率不如正规的水轮机，但造价低，结构可靠，也不需巨大的水坝，被认为适用于偏远山区。